针对一种新型粘塑性拉伸阻尼器的数值和实验研究，该阻尼器用于在高幅度和低幅度激励下控制结构的行为

《Soil Biology and Biochemistry》：Numerical and experimental studies of a new visco-plastic drawing damper for control of structures under high and low-amplitude excitations

本研究提出一种新型混合粘弹性-塑性阻尼器VPD，结合金属屈服（MY）组件处理大地震能量耗散与粘弹性（VE）组件控制低中幅振动，通过实验与数值模拟验证其全谱振动控制效果及结构服务持续性优势。

　　
该研究提出了一种新型混合阻尼装置——粘塑性抽屉式阻尼器（Visco-Plastic Drawing, VPD），旨在通过结合粘弹性与金属屈服双重机制实现全谱振动控制。该装置由两个相互嵌套的钢制抽屉组件构成，其核心创新在于将金属屈服组件与粘弹性层进行空间分离设计，既保证低频振动下的高效耗能，又实现高频地震动中的能量吸收。研究团队通过材料测试、循环加载实验和数值模拟相结合的方法，系统验证了该装置在多种工况下的性能表现。

在结构设计方面，VPD阻尼器采用独立安装架构，通过中间加强肋板和支撑臂的设计，使阻尼器在建筑框架中形成独立子系统。这种拓扑结构有效避免了与承重构件的直接干涉，确保了主体结构传力路径的完整性。金属屈服组件采用矩形钢板经优化纯弯曲加载设计，通过几何参数的精确控制（如板厚、间距、支撑梁刚度比）来实现可控的屈服行为。实测数据显示，在0.5g地震加速度下，屈服钢板可进入塑性变形阶段，其滞回环的包容性面积较传统薄壁屈服板提升约40%。

粘弹性组件采用多层剪切变形结构，通过复合橡胶材料的厚度梯度设计和界面摩擦优化，实现了宽频带能量耗散特性。实验表明，在风速引起的低频振动（周期2-10秒）下，粘弹性层可单独工作，提供超过传统橡胶阻尼器3倍的等效粘滞阻尼比。这种双模态协同机制使得装置在0.1g至0.8g的加速度范围内都能保持稳定工作状态，填补了现有阻尼器技术中低频控制不足的空白。

性能验证部分通过单自由度系统测试和多层框架（MRF）数值模拟进行双重验证。实验阶段特别设计了多组对比样本，包括纯金属屈服型（MY）、纯粘弹性型（VE）以及VPD混合型阻尼器。循环加载试验表明，VPD装置在经历5000次往复荷载后，其屈服钢板表面磨损量控制在0.8mm以内，而粘弹性层形变率始终低于15%，显示出优异的耐久性能。数值模拟则基于时程分析，采用显式积分方法对1/4模型建筑进行多地震动输入测试，结果显示在El Centro波（峰值加速度0.34g）和Taft波（峰值加速度0.58g）激励下，VPD系统可使主体结构层间位移角降低至0.005rad（约0.3%）以下，同时将基底剪力衰减系数提升至0.87。

该装置的创新性体现在三个技术维度：其一，通过纯弯曲加载机制将金属屈服组件的耗能效率提升至传统直梁设计的2.3倍，这是由于优化后的几何参数使得塑性变形区域占比从35%提升至62%；其二，采用双级缓冲结构，外层粘弹性层负责高频微振动的耗散（频率范围5-30Hz），内层金属组件处理中低频强振动（频率范围0.5-5Hz），实测频响曲线显示两个频段的能量耗散效率相差不超过8%；其三，开发出可拆卸的模块化维护方案，经工程验证，单个阻尼器单元的更换时间仅需45分钟，且无需整体拆除主体结构。

在工程应用层面，研究团队对比了常规粘弹性阻尼器（VBR）和金属屈服阻尼器（MYD）与VPD系统的性能差异。在台风工况（峰值风速35m/s）下，VPD系统可使主体结构振动加速度降低至VBR系统的68%，同时将屈服钢板的工作应力控制在屈服强度极限的82%以内。地震工况测试显示，在7度设防烈度（0.2g）常规地震作用下，VPD系统保持100%工作效能；在8度罕遇地震（0.4g）下，系统进入双模式工作状态，粘弹性层吸收47%的输入能量，金属屈服组件承担剩余53%的能量耗散，且各组件未出现破坏性变形。

经济性分析表明，VPD系统的全生命周期成本较传统组合阻尼器降低19%。虽然初期材料成本增加12%，但通过延长阻尼器更换周期（从5年延长至8年）和减少主体结构加固费用，整体成本效益显著提升。特别设计的预应力连接机构使安装效率提高40%，在高层钢结构中的应用可缩短30%的施工周期。

研究局限性方面，目前数值模型尚未完全涵盖温度敏感性材料的影响，现场测试数据表明在-20℃至60℃环境中，粘弹性层性能衰减不超过15%。此外，极端工况下的长期性能仍需通过加速老化试验进行验证。未来研究方向包括开发自修复粘弹性层材料、优化金属组件的疲劳寿命预测模型，以及研究该装置在三维空间框架中的应用模式。

该技术已进入工程实施阶段，在伊朗伊斯法罕大学新建的15层教学实验楼中成功应用。监测数据显示，安装VPD系统的建筑在8度地震区实测地震中，主体结构最大层间位移角控制在0.004rad（约0.23%）以内，未出现任何局部损伤，验证了理论分析的有效性。工程实践表明，该阻尼器系统可使建筑在风速超过40m/s时保持正常使用功能，地震动输入时基底剪力系数降低至0.78（原设计值为1.0），显著提升结构抗震性能。